3.1 Les différentes unités intrusives
3.1.1 Unité Mafique
3.1.1.1 Lithologie
L’Unité Mafique (UM) doit son nom aux faciès qui la composent. En effet, au regard de la composition globalement quartzo-dioritique (= granodioritique) du Batholite Côtier dans la région d’Arequipa, cette unité se distingue par sa nature plus mafique, essentiellement gabbroïque à dioritique.
Les faciès dioritiques sont quantitativement dominants dans cette unité. Les plutons sont relativement homogènes ; des enclaves de taille et de forme variées sont présentes dans l’ensemble des faciès (fig. 3.2.a), mais ne sont pas distribuées régulièrement. Quelques litages magmatiques et contacts internes témoignant d’intrusions successives ont pu être observés (fig. 3.2.b, 3.2.d, 3.2.e). Des poches de ségrégations de liquide tardifs, à texture parfois pegmatitique (fig. 3.2.c), ont pu être observées dans les faciès les plus mafiques.
On observe dans les diorites et les gabbros de nombreuses zones à épidotes, qui se présentent sous forme de plans ou de nodules (fig. 3.3.a), et qui semblent être associées spatialement et temporellement à la déformation cassante post-magmatique. Dans la concession Cerro Verde, l’UM contient fréquemment des nodules cuprifères (fig. 3.3.b). 2 Au niveau du contact avec l’unité de Tiabaya NE (fig. 3.1), une légère auréole métamorphique affecte l’UM (Le Bel, 1979).
3.1.1.2 Géométrie
L’Unité Mafique affleure seulement dans la partie nord-est du batholite, et est intrusive dans le socle précambrien. Elle est discontinue et les différents plutons qui la constituent montrent un allongement NW-SE, parallèle à l’axe principal du batholite. Les contacts intrusifs primaires entre l’UM et son/ses encaissant(s) ne sont généralement pas observables car une grande partie des bordures de l’unité sont faillées (voir ci-dessous) ou masquées. La géométrie 3D des plutons de cette unité n’est donc pas déterminable avec les données dont nous disposons. La faille de Lluclla marque la bordure sud-ouest de l’UM. L’unité constitue le mur de l’accident au nord-est, tandis que le toit est composé, successivement du NW au SE, de dépôts volcanoclastiques récents (<10 Ma), de dépôts du groupe Moquegua (∼45-10 Ma), et de l’unité de Linga. Les bordures SSW, S et SE, sont marquées par la faille Cenicienta, qui sépare les intrusifs de l’ensemble socle + Fm Chocolate + Fm Socosani. L’Unité Tiabaya SE recoupe l’ensemble de ces unités et structures. La bordure nord-est de l’UM est recouverte de dépôts volcaniques récents liés à l’activité des volcans entourant la ville d’Arequipa. Il semble probable que l’UM soit affectée par le prolongement vers le sud-est de la faille Aguasalada (cf. section 3.2.3), mais sa limite vers le NE ne peut pas être précisée faute d’affleurement.
3.1.1.3 Structure interne
Les plutons de l’Unité Mafique ont une structure interne complexe marquée par une succes- sion d’épisodes d’intrusions magmatiques, d’épisodes de déformation (magmatique, ductile et cassant), ainsi que par des circulation de fluides hydrothermaux associés aux différents épisodes
(a)
(b) (c)
(d) (e)
Figure 3.2 – UM (a) Enclaves de tailles et de formes variées (b) Litage magmatique (c) Poches de ségrégation de liquides
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
Figure 3.3 – UM (a) Nodule à épidote (b) Nodule cuprifère dans la concession minière Cerro Verde (c) et (d) Foliation
(a) (b)
(c) (d)
(e)
Figure 3.4 – UM (a) Zone de cisaillement ductile (b) Zone de cisaillement "normale" (c) et (d) Zones cataclasiques (e)
Figure 3.5 – UM - Représentation stéréographique (canevas de Schmidt, hémisphère inférieur-pôles de plan) des litages
tardi à post magmatiques. La chronologie relative de tout ces événements est montrée par les relations de terrain sur les affleurements de Tingo Grande et Vitor (fig. 3.7 et 3.8)et est suivie dans la description ci-dessous (du plus vieux au plus jeune).
La plupart des plutons montrent une foliation bien marquée, qui est le plus souvent mag- matique (fig. 3.3.e), mais qui résulte aussi parfois d’une déformation à l’état solide à haute température (fig. 3.3.c et 3.3.d). Cette déformation peut être associée à une déformation ci- saillante (fig. 3.3.f). L’orientation de la foliation est globalement NW - SE, et son pendage vers le SW est assez fort (> 40˚), mais à tendance à décroître du NE vers le SW (fig. 3.5).
Les plutons sont recoupés par des filons de nature et d’épaisseur très variable. On en iden- tifie de composition basaltique, de composition intermédiaire andésitiques, à phénocristaux de feldspath, et des plus acides de composition granodioritique à granitique. Toutes ces familles de filons ont en moyenne la même orientation, WNW-ESE à fort pendage vers le SW. Les relations de terrain indiquent que les filons basiques sont les plus jeunes.
Les plutons sont fréquemment affectés par des zones de cisaillement (fig. 3.4.a et 3.4.b) puis une cataclase (fig. 3.4), accompagnés de circulations de fluide qui se manifestent par des zones décolorées ou transformées en épidote. L’orientation des zones de cisaillement est en moyenne E - W à pendage moyen vers le sud (fig. 3.5). Leur cinématique est variable, inverse (figure affleurement Vitor) ou normale (figure affleurement Tingo Grande), avec fréquemment une com- posante décrochante souvent sénestre. Les zones cataclastiques sont fortement pentées mais ne présentent pas d’orientation préférentielle (fig. 3.5). Certaines sont associées à des pseudotachy- lites (fig. 3.4.e).
Enfin, une fracturation d’orientation très variable et parfois intense est observée dans tous les massifs de l’UM (fig. 3.6.a et fig. 3.6.c ; fig. 3.5). La plupart de ces failles sont des failles normales, et certaines failles montrent des remplissage parfois épais de cataclasite (photo) ou des néocristallisations de calcite (fig. 3.6.b).
L’ensemble des plutons de l’UM que l’on a pu observer montre une histoire structurale com- mune, qui semble montrer qu’une succession de déformations accompagne la mise en place et le refroidissement de l’UM. Les critères cinématiques disponibles semblent être en accord avec une déformation à caractère extensif, au moins pour les phases tardives cassantes. Les différences de cinématique observées sur les différents affleurements, notamment pour la déformation ductile, peuvent être dues à des rotations ou des basculements tardifs.
La zone de Tingo Grande : située entre la ville d’Arequipa et l’unité Tiabaya SW, c’est un affleurement ou le substratum a été mis à nu par l’érosion fluviatile (fig. 3.1). La roche est une diorite caractéristique de l’unité Mafique. On peut décrypter la chronologie des différents événements affectant les intrusifs (fig. 3.7). Dans un premier temps la roche mafique est recoupée par de nombreux filons granodioritiques et granitique, le long de plusieurs plans parallèles 120-130 SW 65. Ces filons sont centimétriques à pluricentimétriques. L’ensemble roche et filons est ensuite découpé par de nombreux plans de failles normales, dont le rejet varie entre 1 et 20 centimètres. Ces plans de faille sont globalement orientés 80-110 S 20-68. Certains de ces plans correspondent à des zones de cisaillement mylonitiques à fonctionnement normal sénestre, qui sont parfois remobilisées par des circulations de fluides, menant à la fracturation des mylonites et de la diorite. La circulation de liquides est également marquée par la présence de nodules d’épidote. La structure de cette zone confirme le fait que l’UM a subi une déformation extensive ductile puis cassante.
(a) (b)
(c)
Figure 3.6 – Unité Mafique. (a) Faille à gouges 130NE69 (b) Remplissage épais de calcite néocristallisée (c) Faille normale
(a) (b)
Figure 3.7 – Affleurement de Tingo Grande (unité Mafique). (a) Schéma de l’affleurement. (b)Détail de la zone de
cisaillement mylonitique.
Figure 3.8 – Schématisation d’un affleurement situé près de la ville de Vitor. On identifie à la fois de la déformation ductile
et de la déformation cassante qui ont affecté la roche très altérée comme l’indique la présence massive d’épidote.
La zone de Vitor Situé dans la partie NW de notre zone d’étude, cet affleurement de quartz-diorite montre la chronologie suivante (fig. 3.8) : mise en place et déformation mag- matique, circulation de fluides tardi magmatique (décoloration), intrusion de filons aplitiques, déformation ductile suivant des zones de cisaillement 120-130 S 40-50 à cinématique inverse dextre, fracturation suivant des failles normales "fragile-ductile" puis cataclastiques d’orienta- tion NE-SW et à pendage vers le NW. Bien que la logique structurale soit la même que pour l’affleurement de Tingo Grande (magmatique - ductile - cassant + fluides), la cinématique de la déformation est ici différente, et montre une extension post magmatique parallèle à l’axe du batholite.
3.1.2 Unité Tiabaya
L’unité Tiabaya (UT) est constituée de deux sous unités, affleurant à 6 kilomètres de distance l’une de l’autre, l’une au Nord-Ouest de notre zone d’étude (Tiabaya NW), et l’autre au Sud- Est (Tiabaya SE). Elles sont situées au nord-est du batholite, et recoupent clairement l’unité mafique (fig. 3.10a). Chacune constitue un pluton qui affleure sur une surface d’environ 10 par
5 km, l’axe long étant parallèle à l’axe du batholite. Tiabaya SE constitue les plus hauts reliefs du batholite visibles depuis la ville d’Arequipa avec des sommets atteignant 2900 mètres (fig. 3.1).
3.1.2.1 Lithologie
La sous-unité Tiabaya NW est une unité assez homogène en terme de faciès. Il s’agit d’une diorite dans laquelle on observe macroscopiquement de nombreuses biotites et amphiboles. Au sein de la roche on note la présence d’enclaves basiques microgrenues. Leur forme, leur répartition et leur abondance est spatialement variable. On observe des zones avec peu d’enclaves, de forme quelconque, certaines pouvant présenter une auréole réactionnelle (fig. 3.9b), et des affleurements avec des enclaves plus nombreuses et de taille variable, plus ou moins allongées suivant la foliation de la roche encaissante (fig. 3.9.c et 3.9.d). Dans l’unité Tiabaya NW, un affleurement situé près du contact NE du pluton, permet d’observer un mélange "mécanique" entre la diorite et des blocs xénolitiques pouvant atteindre plusieurs dizaine de mètres, de composition plus mafique (gabbro-diorite), et que l’on peut attribuer à l’unité Mafique (voir encadré).
La sous-unité Tiabaya SE présente un faciès très homogène de composition quartz-dioritique. Il est tout à fait caractéristique, avec une grande quantité de biotites et d’amphiboles en baguette (fig. fig. 3.9.a). On observe fréquemment des enclaves basiques microgrenues localement étirées au sein de la roche.
3.1.2.2 Géométrie
L’UT NW est entièrement intrusive dans l’unité Mafique. Nous n’avons pas pu observer le contact entre le pluton et son encaissant de l’UM, pour cause de recouvrement par les dépôts récents. D’après la cartographie disponible sur cette zone, ce contact est subhorizontal, et l’épais- seur minimale de cette unité, donnée par la topographie (point le plus haut - point le plus bas) est de l’ordre de 500 m.
L’UT SE recoupe à la fois l’unité Mafique et le socle métamorphique précambrien (fig. 3.10.b). Le contact avec l’UM le long du flanc SW et NE de l’unité Tiabaya SE est bien marqué dans le paysage en raison des lithologies très différentes qui caractérisent chacune de ces deux unités : quartz-diorite pour Tiabaya SE et gabbro-diorites pour l’UM. La relation chronologique entre les deux unités est clairement illustrée sur la figure 3.10.a, sur laquelle on distingue des filons clairs issus de Tiabaya SE qui intrudent l’UM. La géométrie subhorizontale du contact avec l’UM au NE et au SW du pluton suggère que Tiabaya SE est une intrusion tabulaire, d’une épaisseur minimale de l’ordre de 800 m.
3.1.2.3 Structure interne
L’unité Tiabaya montre une structure interne beaucoup plus simple que celle de l’UM. On y observe une histoire magmatique, liée à la mise en place des intrusions, à laquelle se superpose une déformation cassante tardive.
La structuration magmatique que l’on peut observer dans l’UT se manifeste par des litages (fig. 3.11.d), des foliations, marquées par l’orientation préférentielle des minéraux (fig. 3.11.a et 3.11.b) et/ou par l’allongement des enclaves (fig. 3.11.c), des contacts internes (fig. 3.11.f),
(a) (b)
(c) (d)
Figure 3.9 – UT - lithologie (a) Quartz-diorite, faciès dominant de l’UT SE avec des amphiboles en baguette caractéristiques
(b) Enclave basique anguleuse présentant une auréole réactionnelle d’amphiboles. (c) Enclave de taille réduite (d) Enclaves basiques microgrenues de taille variable, plus ou moins allongées.
(a)
(b)
Figure 3.10 – UT - géométrie (a) Flanc sud-ouest de l’UTSE : contact avec l’unité Mafique. On note les filons clairs issus
de UTSE qui recoupent l’UM. (b) Flanc nord-est de l’UTSE : contact subhorizontal avec l’unité Mafique (vers le NE) et avec le socle (vers le SW)
et des filons synplutoniques (fig. 3.11.e). Ces structures sont orientées en moyenne NW-SE, parallèlement à l’axe du batholite, avec un pendage faible à moyen vers le SW (fig. 3.12). Des orientations NE-SW sont également présentes, dans les terminaisons NW et SE des plutons. Seuls quelques filons acides et de rares filons basiques recoupent les plutons (fig. 3.12). La texture est magmatique sans trace de déformation post-solidus. Elle semble plus intense au nord des plutons. Dans les zones de fabrique forte, l’alignement des minéraux semble indiquer une linéation magmatique sub-verticale.
La déformation cassante s’exprime par un réseau de failles d’orientation variable (NW-SE, NE-SW, E-W) à pendage variable vers le sud, le nord et l’est (fig. 3.12 et fig. 3.11.g), à remplis- sage cataclastique d’épaisseur variable (fig. 3.11.h).
L’affleurement du contact NE du pluton Tiabaya NW Cet affleurement situé le long de la variante Uchumayo de la Panaméricaine est proche du contact NE "cartographique" du pluton de Tiabaya NW. Il est constitué principalement d’une quartz-diorite foliée (120-140 SW 50-60), qui constitue ici le faciès dominant du pluton. Un "radeau" constitué d’une roche magmatique plus mafique, de type gabbro-diorite est inclu dans la quartz-diorite et forme une lame allongée parallèlement à la foliation (fig. 3.13). Elle est brêchifiée par un réseau de veines granitiques à texture parfois pegmatitique. L’ensemble est recoupé par un filon mafique.
(a) (b)
(c)
Figure 3.13 – Zone de contact entre l’unité Mafique et l’unité Tiabaya NW le long de la variante Uchumayo. On identifie
un bloc provenant de l’unité Mafique repris dans les magmas plus différenciés de l’unité Tiabaya NW. (a) Photographie de l’affleurement (b) Détail de l’affleurement (c) Représentation schématique de la zone de contact (en rose clair : quartz-diorite de l’UT, en violet foncé : gabbrodiorite de l’UM. Les passées rouges indiquent la brêchification de l’UM.
3.1.3 Unité Linga
L’unité de Linga (UL) est un ensemble complexe et de gros volume. Elle s’étend parallèlement à l’axe NW-SE du batholite sur toute la longueur de notre zone d’étude, soit 80 km de long,
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
Figure 3.11 – UT - structure interne (a) Foliation magmatique soulignée en rouge (b) Foliation magmatique dont la
direction est marquée par l’alignement du stylo (c) Allongement des enclaves (d) Litage magmatique (e) et (f) Contact entre différentes intrusions (g) Failles d’orientation variable (h) Détail d’une des failles observées en (g)
Figure 3.12 – Représentations stéréographiques de l’orientation des litages magmatiques et foliations ainsi que des filons
et failles dans l’UT.
et affleure sur au moins 20 km de large du NE vers le SW, où elle est masquée sous les dépôts récents. Son extension est donc certainement plus grande. Cette unité est intrusive dans les strates sédimentaires du Jurassique moyen et supérieur, et constitue la moitié SW du Batholite Côtier dans la région d’Arequipa.
3.1.3.1 Lithologie
De nombreuses lithologies composent l’unité de Linga. Le faciès très largement dominant est quartzo-dioritique, mais cette unité contient également des faciès gabbro-dioritiques et grani- tiques d’extension moindre.
Dans la partie nord-ouest de l’UL, entre la quebrada San José et la route Panaméricaine, on observe la plus grande diversité de faciès. C’est dans cette zone que l’UL semble la plus mince (elle affleure sur environ 10 km de large). Vers le sud-est, au niveau de la quebrada de Linga, où l’épaisseur de l’UL est maximale (elle affleure sur plus de 15 km de large), ce sont les faciès dioritiques et quartz-dioritiques qui dominent largement. Ces faciès présentent des minéralogies classiques.
Le faciès gabbrodioritique est principalement représenté par un long corps intrusif qui affleure sur environ 13 km de long et 800 m de large. Il est situé dans la partie nord-ouest de l’UL, dans la partie centrale. Il existe également des affleurements de gabbrodiorite à la base de l’UL sous forme de corps de taille réduite.
Le faciès granitique est plus répandu, et affleure sous forme de corps allongés situées à la base et au toit de l’UL. Un pluton granitique est également au contact du principal affleurement gabbrodioritique, le long de sa bordure sud-est.
Les autres faciès dominants dont dioritiques à quartz-dioritiques et sont présents sous forme de multiples corps dont les limites sont transitionnelles.
3.1.3.2 Géométrie
L’unité de Linga est l’unité du batholite dont la géométrie 3D est la mieux contrainte. Du NE vers le SW, on observe une série de plutons tabulaires "interstratifiés" dans la série jurassique. Les contacts entre les fomations jurassiques et les roches plutoniques sont concordants, et l’ensemble plonge vers le SW : au NE, les formations Puente et Cachios inférieur plongent sous les plutons selon un pendage de 35˚vers le SW (fig. 3.14a), et au SW de l’unité, les formations Cachios supérieur et Labra reposent sur les roches plutoniques, toujours selon le même pendage (fig. 3.14.b). Cette géométrie indique une épaisseur minimale du batholite de l’ordre de 8-10 km. Le basculement vers le SW apparaît comme étant tardif par rapport à la construction du batholite, voire même postérieur.
On note que dans une zone réduite au SE et à la base de l’UL, le contact ne se fait pas avec les formations jurassiques mais avec l’unité de Yarabamba.
(a)
(b)
Figure 3.14 – Contact supérieur et inférieur de l’unité de Linga avec les formations jurassiques. Les séries sédimentaires
ont un pendage ∼35˚de part et d’autre de l’unité, qui s’intercale dans la série. L’UL est représenté en rose, les formations jurassiques en bleu. (a) Le long de la bordure NE de l’UL : la base des intrusions repose sur les formations jurassiques Puente et Cachios inf. (b) Le long de la bordure SW : les formations jurassiques (Labra sup.) reposent sur les intrusions.
3.1.3.3 Structure interne
L’unité de Linga présente une structure interne encore plus simple que l’unité Tiabaya. Elle est constituée de plutons tabulaires très homogènes, à texture entièrement magmatique et très peu anisotrope, dans lesquels on n’observe pas de fabrique minérale (fig. 3.15.a). Très peu de foliations ont pu être mesurées sur le terrain (fig. 3.15.b). Quelques filons acides et quelques failles ont pu être observées (fig. 3.16). Localement, des enclaves arrondies sont observables (fig. 3.15.c).
(a) (b)
(c)
Figure 3.15 – UL - Structure interne (a) Texture homogène du faciès quartz-dioritique dominant dans l’UL (b) Evidences
de foliation magmatique dans la quartz-diorite. (c) Enclaves apparaissant sous la patine du faciès dioritique.
3.1.4 Unité Yarabamba
L’unité Yarabamba (UY) est la seule unité à affleurer en une seule unité de part et d’autre du détachement de Lluclla, qu’elle semble sceller. L’âge de cette unité contraint donc la limite supérieure du fonctionnement de cet accident.
3.1.4.1 Lithologie
Cette unité est constituée par des faciès dioritiques à granodioritiques dominants. Elle est classiquement désignée dans la littérature sous le terme de "Granodiorite Yarabamba". C’est dans cette unité que s’est mis en place le porphyre cuprifère de Cerro Verde - Santa Rosa. Les gisements sont associés à des microgranodiorites intrusives dans la granodiorite Yarabamba.
Figure 3.16 – Représentation stéréographique des pôles de plans de faille, de zones de cisaillement et de foliations ainsi
que des filons qui affectent l’UL.
La minéralisation et les produits d’altération hydrothermale sont distribués à la fois dans les granodiorites et les microgranodiorites. Dans la granodiorite, observe fréquemment aux abords des porphyres des veines remplies par des minéralisations de tourmaline. Des enclaves sont localement présentes dans la roche, et leur diamètre varie du centimètre à plus de 30 cm. De larges filons d’aplite recoupent les faciès les plus basiques de l’unité. On note la présence de traces de pyrite ou chalcopyrite dans le faciès principal granodioritique. Les minéraux ferro-magnésiens sont principalement des biotites mais on observe aussi des amphiboles (fig. 3.17.a).
3.1.4.2 Géométrie
Les relations de terrain montrent que l’unité Yarabamba est intrusive dans le socle précam- brien, dans l’unité Tiabaya SE, dans la diorite de Chapi-Churajon, et dans les séries jurassiques. Le contact avec le socle précambrien peut être observé dans la région de Mollebaya. Il cor- respond au contact inférieur de l’UY, qui est subhorizontal. La zone située sous le pluton est abondamment recoupée par des filons de taille plurimétrique de nature et de composition variées, dont certains semblent se connecter à l’unité Yarabamba. Cette zone pourrait ainsi correspondre à une zone d’alimentation du pluton sus-jacent (voir section 3.3). Le contact supérieur est un contact concordant avec la série jurassique. Cette géométrie défini une épaisseur de l’ordre de 400 m pour la partie nord de l’UY. Au SW de l’unité, au niveau du contact avec l’unité Linga, la similitude des lithologies entre les deux unités et les recouvrements récents rendent la localisation précise du contact difficile.
3.1.4.3 Structure interne
L’unité Yarabamba est très similaire à l’unité Linga en ce qui concerne la structure interne. La roche est très homogène, la texture est entièrement magmatique et très peu anisotrope. On n’observe pas de fabrique minérale (fig. 3.17.b). Très peu de foliations ont pu être mesurées sur le terrain. Quelques filons acides ont pu être observées. L’UY est dans son ensemble très peu fracturée et peu faillée.
(a) (b)
Figure 3.17 – Unité Yarabamba. (a) Affleurement massif de quartz-diorite, lithologie dominante (b) Vue macroscopique
d’un échantillon de quartz-diorite homogène ne présentant pas de fabrique minérale.
Figure 3.18 – Représentation stéréographique des pôles des rares plans de foliation et des filons observés dans l’unité